Енергетика сучасного міста є складну багаторівневу ієрархічну систему, призначену забезпечити комфортні умови проживання населення, а також нормальне функціонування розташованих на його території промислових виробництв, підприємств і установ. Лише на основі надійно і ефективно працюючої системи забезпечення міста необхідною енергією і енергетичними ресурсами можливі його життя і розвиток як єдиного територіального комплексу. Все це пов'язано з поняттями "виробництво" і "споживання" енергії, які входять у загальне поняття "енергетики".
Енергетичні об'єкти є одним з головних факторів життєзабезпечення міста. У той же час вони мають найбільший негативний вплив на навколишнє природне середовище з усіх промислових об'єктів. Це вплив позначається як в межах міської території, так і в околицях міста.
Структура і тенденції розвитку енергопостачання.
Енергію у вільній формі неможливо накопичувати на скільки-ні- будь тривалий час. Тому процеси виробництва і споживання енергії повинні збігатися у часі або слідувати безпосередньо один за одним і бути пов'язані між собою ланкою передачі. Це дуже впливає на характер виробничих, технічних і економічних зв'язків енергетики з іншими галузями матеріального виробництва, на структуру і форми розвитку власне енергетики та систем енергопостачання.
Енергопостачання - сукупність послідовних процесів виробництва, передачі і використання енергії.
Система енергопостачання - сукупність установок і пристроїв, призначених для цілей енергопостачання.
Ланцюг перетворення енергії. На практиці часто використовується термін "види енергії", під яким слід розуміти різні джерела енергії або види палива.
Паливо - горюча речовина, яке економічно доцільно використовувати для отримання значної кількості теплоти.
Теплота згоряння - кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні палива. Розрізняють вищу Q ^ і нижчу Q ^ теплоту згоряння (теплотворну здатність палива).
Вища - теплота згоряння, що виділяється при згорянні 1 кг твердого, рідкого або 1 м3 газоподібного палива при перетворенні водяної пари, що містяться в продуктах згорання, в рідину. Нижча теплота згоряння менше вищої на величину пароутворення вологи, наявної в паливі (Wp) або утворюється в результаті згоряння водню палива (9 Нр).
Умовне паливо як поняття використовується для порівняльних розрахунків.
Умовне паливо - паливо, теплота згоряння якого прийнята рівною 29,35 МДж / кг (7000 ккал / кг). Переклад дійсного кількості палива в умовне проводиться множенням кількості даного палива на його еквівалент Е = QP / 29,35.
Основними природними (первинними) паливно-енергетичними ресурсами (ПЕР), на яких базується сучасна енергетика, є викопне паливо (вугілля, торф, нафта, сланці, горючі гази), продукти його переробки (моторне паливо, мазут, брикети), водяні потоки ( ріки), ядерне пальне (уран, торій). Існують і інші види палива або джерела енергії, наприклад, біомаса, енергія сонця, енергія вітру, енергія хвиль, гідроресурси, геотермальна енергія. Це поновлювані, найбільш екологічно чисті, так звані альтернативні джерела енергії.
Видом споживаних ресурсів визначаються напрямки розвитку енергетики: теплоенергетика, що використовується ПЕР і визначає масштаби топліводобивающіх промисловості; гідроенергетика, розвивається на базі гідроенергетичних ресурсів як галузь по комплексному використанню водних запасів країни; атомна енергетика, заснована на перетворенні внутрішньоядерної енергії в інші види; вітроенергетика, ге ліоенергетіка і ін.
Всі ці види палива представляють первинні енергетичні ресурси і утворюють першу ланку ланцюга перетворення енергії - енергетичного ланцюжка (рис. 7.1). На діаграмі представлений шлях від джерела енергії до її кінцевого споживання. Наприклад, сира нафта, що видобувається з землі, є первинним джерелом енергії, але має обмежене застосування. Вона може бути перетворена в більш калорійні вторинні джерела енергії, такі як бензин, газ, нафту, мазут, важке дизельне паливо і т.д. Подібна обробка пов'язана з певними втратами енергії. Доведено вторинної енергії до споживача також пов'язане з додатковими втратами енергії на транспортування і розподіл. На заключному етапі енергоносій перетворюється для отримання> корисної енергії й подачі її в пункт споживання. Наприклад, в процесі спалювання мазуту в топці опалювальної котельні отримуємо теплоносії (водяна пара, гарячу воду), що подаються, зокрема, на опалення і гаряче водопостачання міських об'єктів.
Рис.7.1. структура енергопостачання
Основними видами продукції енергетичного виробництва є електрична і теплова енергія, в формі яких відбувається споживання енергетичних ресурсів на кінцевій стадії їх використання. Пристрої, на яких енергія природних енергетичних ресурсів перетворюється в інші види енергії, називаються енергогенеруючими (або енергогенераторам), а використовують перетворені види енергії - енергопріемнікамі (споживачами або абонентами).
Таким чином, виходячи із завдань енергопостачання і ланцюга перетворення енергії, будь-яка система енергопостачання базується на певних енергетичних ресурсах і включає в себе три головні елементи: джерело енергії (енергогенератор), мережі (розподільні і транспортні) і енергопріемнік (споживач, абонент).
Структура передавальних ланок у системі визначається рівнем концентрації і централізації енергопостачання.
Концентрація - процес зосередження виробництва енергії на великих енергетичних підприємствах, тобто збільшення одиничної потужності і продуктивності енергетичних установок і обладнання. Концентрація - найважливіший фактор вдосконалення технічної бази і підвищення ефективності виробництва.
Централізація - об'єднання споживачів енергії єдиними для них енергетичними мережами і джерелами енергії, яке визначається, в першу чергу, нерозривністю в часі процесів виробництва і споживання енергії. Централізація в енергетиці - форма раціональної організації енергопостачання споживачів.
Концентрація і централізація енергопостачання збільшують дальність передачі енергії.
Це пов'язано з додатковими витратами і втратами енергії в розподільній системі. Знизити ці втрати і збільшити дальність транспортування дозволяє підвищення потенціалу енергоносіїв, які використовуються для передачі і розподілу енергії.
Основною формою енергопостачання в Україні є централізовані системи. Об'єднуючи енергогенеруючі установки, трансформують і розподільчі пристрої і енергопріемнікі, вони характеризуються спільністю принципів формування і режиму роботи всіх ланок, взаємозалежністю процесів виробництва, розподілу і використання енергії.
Паливно-енергетичний комплекс України. З принципами концентрації і централізації пов'язано об'єднання енергетики та галузей топліводобивающіх і переробної промисловості в єдиний паливно-енергетичний комплекс (ПЕК). ПЕК України - один з найбільших і чітко виражених комплексів національної економіки, що представляє собою єдину систему енергопостачання країни і охоплює сукупність процесів виробництва, перетворення, транспорту і розподілу паливно-енергетичних ресурсов.'Главной метою функціонування ПЕК є ефективне і надійне забезпечення всіх потреб народного господарства Україна енергією необхідної якості (електричної і теплової, а також у вигляді тих чи інших енергоносіїв і робочого тепла).
Електроенергетика, або енергетична промисловість, України охоплює сукупність процесів по виробництву, транспорту і розподілу електричної і теплової енергії, що реалізуються атомними електростанціями (АЕС), тепловими електростанціями на органічному паливі (ТЕС, ТЕЦ), гідравлічними (ГЕС), гідроакумулюючими (ГАЕС) електростанціями і котельнями, підвідомчими Міністерству енергетики України (Міненерго); лініями електропередач, електричними і тепловими мережами Міненерго; електростанціями, котельними і утилізаційними установками відомчих організацій та підприємств; розподільними електричними і тепловими мережами, що не належать Міненерго; енерго- і паливно-збутовими організаціями. Крім перерахованих потужних джерел теплової та електричної енергії (як правило, системи Міненерго), існує значна кількість малих систем теплоелектрогенерірованія, які розосереджені по містах, населених пунктах і різних галузей промисловості. Це районні опалювальні і опалювально-виробничі котельні, заводські ТЕС, ТЕЦ і котельні, промислові печі, побутові енергоустановки, призначені для обслуговування декількох будівель і споруд, індивідуальних будівель, котеджів, приватних будинків і т.д. Всі ці енергогенері- рующие джерела мають ознаки окремої галузі зі своєю продукцією у вигляді теплової та електричної енергії, зі своїми потребами в паливі, устаткуванні, матеріалах, інвестиціях і т.д. І, природно, зі своїм, іноді дуже великою, внеском у загострення екологічної обстановки. По суті, це своєрідний паливно-енергетичний комплекс, який прийнято називати малою енергетикою. До числа об'єктів нетрадиційної малої енергетики можна віднести також установки і споруди, які використовують сонячну енергію, енергію вітру, геотермальну енергію, біомасу, низькопотенційну енергію і т.д.
Паливна промисловість України охоплює сукупність процесів з видобутку природних видів палива і їх переробки (сортування, збагачення, безпосередньо переробка), що реалізуються вугільної, газової, нафтовидобувної, нафтопереробної, торф'яної і атомної промисловими.
Постійне нарощування протягом багатьох десятиліть обсягів виробництва ресурсномісткої і енергоємної продукції призвело до того, що Україна перетворилася з експортера паливних ресурсів в імпортера. У той же час енергоємність валового внутрішнього продукту України в 2-4 рази вище середнього значення в європейських країнах.
Структуру енергопостачання міст формують споживачі енергії і енергоспоживаючі процеси. До споживачів енергії відносять житлові будинки, підприємства та установи комунально-побутового обслуговування і господарства, підприємства громадського харчування, зв'язку, установи освіти, охорони здоров'я, культури, мистецтва, спорту, адміністративно-господарські, навчальні, наукові, громадські та інші організації.
У міському комунальному господарстві споживання енергії забезпечує силові і теплові процеси (високотемпературні, середньо- і низькотемпературні), освітлення і споживання енергії на культурно-побутові потреби. Практично у всіх містах України на базі міських комунальних і районних електростанцій і котельних установок різного типу склалася система централізованого електропостачання та теплопостачання населення.
Наступною важливою системою енергопостачання міст є система газопостачання. Газифікація міст отримала широкий розвиток в 50-і роки XX століття. Завдяки газифікації забезпечується централізація паливопостачання високотемпературних процесів в побуті, громадському та промисловому секторі. Переклад місцевих теплових установок всіх видів на газоподібне паливо сприяє оздоровленню повітряного басейну і поліпшення загального екологічного та санітарного стану міст.
Розвиток енергетики міст на сучасному етапі характеризують такі основні тенденції:
- підвищення питомої витрати енергоресурсів на потреби міського господарства;
- випереджаючі темпи зростання електроспоживання по відношенню до темпу зростання споживання ПЕР в цілому;
- скорочення частки безпосереднього використання палива за рахунок підвищення ролі перетворених видів енергії в задоволенні енергетичних потреб міст;
- поліпшення екологічних показників виробництва енергії і енерговикористання;
- підвищення рівня газифікації та збільшення частки природного газу в паливно-енергетичному балансі міст;
- зростання концентрації споживання енергії у великих містах, що виражається в підвищенні енергетичної щільності навантаження на 1 км2 міської території і питомої витрати ПЕР на одного жителя;
- поєднання переважно централізованого електропостачання з децентралізованим теплопостачанням; подальший розвиток газопостачання міст шляхом »вдосконалення структури і схеми розподільних мереж, поліпшення їх параметрів, модернізації роботи міського господарства.
Хоча в порівнянні з іншими віцамі енергії нетрадиційні поки грають малу роль, спостерігається також чітка тенденція поступового розвитку вітроенергетики (північне узбережжя Європи, Каліфорнія, південь України), геліоенергетики (Нідерланди, США, Японія).
Так як в даний час основою енергопостачання міст є централізована вироблення практично всіх енергоресурсів, то необхідно розглянути перспективи розвитку визначальною складовою ПЕК - електроенергетики.
Забезпечення надійного та стабільного енергопостачання народного господарства України електричною та тепловою енергією при значному зменшенні шкідливого впливу на навколишнє природне середовище здійснюється:
- шляхом технічного переозброєння і реконструкції діючих електростанцій, електричних і теплових мереж;
- освоєнням нових технологій спалювання вугілля шляхом створення відповідного обладнання і парогазових установок, в тому числі з внутрішньої газифікацією вугілля;
- введенням в число діючих енергоблоків АЕС високого і середнього ступеня готовності; подальшим розвитком гідроенергетики шляхом освоєння гідроресурсів Західної України і модернізації малих ГЕС, а також будівництва ГАЕС;
- подальшим розвитком теплофікації з комбінованою виробленням теплової та електричної енергії на ТЕЦ;
- створенням в Україні повного ядерного паливно-енергетичного циклу; орієнтацією на забезпечення енергетичних обладнанням вітчизняного виробництва;
- створенням необхідних умов для повного і своєчасного забезпечення ТЕС українським вугіллям; розширенням обсягів використання нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії.